乱流中のスカラー輸送におけるシート状構造形成のメカニズムとその役割の解明

阐明片状结构形成的机制及其在湍流中标量传输中的作用

基本信息

批准号：
17760139
负责人：
渡邊威
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760139/
关键词：
乱流パッシブスカラー大規模直接数値計算シート状構造

项目摘要

本研究の目的は,格子点数2048^3を要した世界最大規模のスカラー輸送DNSを実行し,乱流中のスカラー場の統計性と場の構造解析を通してシート状構造形成のメカニズムと普遍統計法則への影響・役割を明らかにし,輸送混合現象の基礎理論の構築を目指すものである.今年度は初年度の結果を基礎にして,それをさらに発展させたDNSとデータ解析を行った.特にスカラー場の基本的な統計性質と散逸場の構造の詳細,及びDNSの計算精度がこれらの結果に与える影響を理論・数値的調べた.今年度に得られた主な結果は以下のようにまとめられる.1.スカラー散逸場を特徴づけるシート状構造の形成過程を場の可視化とアニメーション製作を通して調べた.シート構造は複雑に折りたたまれた構造を有しており,エネルギー散逸場とは大きく異なる特徴を有することがわかった.またこれらの構造を統計的に特徴づけるために,スカラー場の構造関数を求め,そのスケーリング特性を調べた.結果,スケーリング指数はより低いレイノルズ数のそれとは若干異なる値を示す傾向があることが明らかになった.2.散逸場の高次統計と特異構造はDNSの計算精度の詳細に大きく影響を受けることを定量的に明らかにした,また散逸場の解像度依存性をマルチフラクタルの観点から議論し,解像度依存性を示すスケーリング則を導出した.解像度問題を乱流モデルにおけるサブグリッドスケール(SGS)成分のグリッドスケール成分への影響とみなし,DNSデータよりSGS成分の影響を調べた.結果,それは慣性領域スケールでは無視できる程の寄与であることを示した.これらの結果は,今年度の日本物理学会,IUTAMシンポジウム等において発表され,主要な結果をまとめた論文がPhys.Fluids誌(掲載済),IUTAMシンポジウムのproceedings(掲載予定)に発表された.また結果2.については現在主要な結果をまとめた論文をJ.Fluid Mech.誌に投稿中である.

本研究的目的是实现世界上最大的标量传输DNS，需要2048^3个网格点，并通过对湍流和场中标量场的统计分析来了解片状结构形成的机制和普遍的统计规律阐明结构分析的影响和作用。，目的是构建传输混合现象的基础理论。今年，我们在第一年成果的基础上，进一步发展了DNS和数据分析。特别是，我们研究了标量场的基本统计特性和细节。耗散场的结构和DNS的计算我们从理论上和数值上研究了精度对这些结果的影响。今年获得的主要结果可概括如下：1.表征标量耗散场的片状结构的形成过程我们通过可视化和动画制作对此进行了研究我们发现片状结构具有复杂的折叠结构，并且具有与能量耗散场显着不同的特征。为了统计地表征这些结构，我们确定了标量场的结构函数并找到其标度性质。结果表明，缩放指数的值往往与较低雷诺数时的值略有不同。2.耗散场的高阶统计量和奇异结构极大地影响了 DNS 计算精度的细节。从多重分形角度讨论了耗散场的分辨率依赖性，并导出了显示分辨率依赖性的标度定律。我们解决了亚网格尺度（SGS）分量到网格尺度分量的分辨率问题我们研究了 DNS 数据中 SGS 分量的影响。结果表明，在惯性域尺度上的贡献可以忽略不计。这些结果在今年的日本物理学会、IUTAM 研讨会等上发表。发表于总结主要结果的论文发表在 Phys.Fluids（已发表）和 IUTAM 研讨会论文集（计划发表）上。至于结果 2，总结主要结果的论文目前发表在 J.Fluids 上。它正在提交给 Mech 杂志。